Экзотермия пенополиуретана — выделение тепла в ходе химических реакций, которые протекают при образовании ППУ из полиольного и изоцианатного компонентов.
Реакции образования уретановых и мочевинных связей являются экзотермическими. Поэтому после смешения компонентов температура реакционной массы повышается без дополнительного внешнего нагрева.
Откуда выделяется тепло
Основная реакция образования полиуретана протекает между гидроксильными группами полиола –OH и изоцианатными группами –NCO с формированием уретановых связей.
Если в рецептуре присутствует вода, она также взаимодействует с изоцианатом. В результате образуются амин и углекислый газ CO₂, который участвует во вспенивании. Затем амин реагирует с изоцианатными группами с образованием мочевинных связей.
Все эти превращения вносят вклад в общий тепловой эффект полиуретановой системы.
Зачем тепло нужно при вспенивании
Выделяющееся тепло влияет не только на температуру материала. Оно ускоряет химические реакции, может способствовать испарению физического вспенивателя, если тот входит в рецептуру.
При формовании изделий часть тепла передаётся оснастке. Поэтому температурный режим формы влияет на:
- скорость реакции;
- растекание смеси;
- заполнение формы;
- структуру ячеек;
- качество поверхности изделия.
Однако необходимую температуру формы задаёт технология конкретной ППУ-системы. Нельзя ориентироваться только на самонагрев материала.
От чего зависит температура ППУ во время реакции
Интенсивность экзотермии зависит от:
- состава полиольного компонента;
- типа, количества изоцианата;
- изоцианатного индекса;
- содержания воды или других вспенивателей;
- активности катализаторов;
- начальной температуры компонентов;
- массы, толщины реакционного слоя;
- скорости отвода тепла;
- температуры основания или формы.
Особенно сильно температура может повышаться внутри толстого слоя или крупного блока ППУ. Поверхность отдаёт тепло окружающей среде быстрее, а в центральной части материала оно накапливается.
Экзотермия при напылении ППУ
При напылении тепло от реакции остаётся внутри сформированного слоя и частично передаётся основанию.
Для многослойного нанесения производитель системы устанавливает допустимую толщину одного прохода и время выдержки перед нанесением следующего слоя. Если за один проход нанести слишком толстый слой или не дать пене достаточно остыть, внутри может накопиться избыточное количество тепла.
Чем опасен избыточный разогрев
При недостаточном отводе тепла внутри ППУ могут начаться процессы термической деструкции. Возможны:
- потемнение материала;
- изменение структуры ячеек;
- усадка, деформация;
- снижение прочности;
- ухудшение теплоизоляционных свойств;
- обугливание;
- тление или возгорание.
Для ППУ пожарный риск при чрезмерном накоплении реакционного тепла документирован отраслевыми рекомендациями. Важно соблюдать ограничения по толщине слоя для закрытоячеистых пен, которые удерживают реакционное тепло дольше.
Как влияет добавление воды
Вода участвует в химическом вспенивании ППУ: она реагирует с изоцианатными группами с выделением CO₂.
Самовольное увеличение её количества меняет баланс всей системы. Это может повлиять на:
- скорость газообразования;
- температуру реакции;
- плотность;
- структуру ячеек;
- соотношение уретановых и мочевинных связей;
- механические свойства готовой пены.
Поэтому воду нельзя добавлять в готовый компонент без перерасчёта рецептуры.
